Организация генов биосинтеза ПГА

Учебные материалы по биологии / Генетика и биохимия микробного синтеза полигидроксиалканоатов / Организация генов биосинтеза ПГА

Страница 2

Хотя B. megaterium был первой видом, из которого был выделен и идентифицирован P(3HB) , но его биосинтетическая организация еще не была охарактеризована. Выделенные недавно мутанты B. megaterium, поврежденные в результате формирования P(3HB), позволили клонировать и охарактеризовать phb гены из этого исторически известного производителя P(3HB).

Несмотря на манипулирование с phb генами в R.eutropha, продолжался поиск более перспективного объекта для создания рекомбинантных продуцентов ПГА. Бактерии рода Alcaligenes, хорошо себя зарекомендовавшие в качестве промышленного продуцента ПГА и способные с большими выходами синтезировать разнообразные по составу и свойствам полимеры, имеют, однако, некоторые ограничения. Синтез полигидроксиалканоатов происходит у них при низких скоростях роста, что затрудняет процесс ферментации. Кроме этого, эти организмы не достаточно полно охарактеризованы генетически, что ограничивает их использование для генно-инженерного манипулирования. Этих проблем не возникает при рассмотрении быстро растущих и наиболее полно охарактеризованных в генетическом плане бактерий Escherichia coli. Сконструированные к настоящему времени рекомбинантные штаммы E.Coli, содержащие стабильные и высококопийные плазмиды с генами синтеза полигидроксиалканоатов из Al.eutrophus и других бактерий, характеризуется способностью синтезировать высокие концентрации полимеров различного состава при общей высокой продукционной способности.

Первые результаты по клонированию pha генов Al.eutrophus в E.Coli дали положительные результаты, - в трансгенной бактерии зафиксировали образование гранул ПГА.

Одной из ключевых проблем продукции ПГА на основе трансгенных микроорганизмов является стабильность и постоянство экспрессии phb генов в течение ферментации. Получение полигидроксиалканоатов на основе рекомбинантных организмов часто сопровождается снижением числа плазмиднесущих особей в популяции, а также понижением копийности плазмид в ходе репликации. Это может быть также следствием гибели части клеток, несущих гены устойчивости к антибиотикам, например, parB. Нестабильность phb генов в высокоплотных культурах в ходе ферментации, сопровождающаяся падением продукции ПГА, влияет на его стоимость.

Большинство генно-инженерных штаммов, применяемых для получения ПГА, растет на глюкозе, цена которой достаточно высока. Расширение трофического потенциала и вытекающая из этого возможность расширения и удешевления сырьевой базы для производства ПГА чрезвычайно значимы для расширения производства. Однако результаты, полученные в этом направлении, пока не так значимы, как ожидалось. Так, интродукция β-галактозидазного гена и gal оперона E.Coli в Al.eutrophus не позволила получить быстрорастущего на лактозе штамма. В другой работе, полученный рекомбинантный штамм Al.eutrophus с встроенными генами из Bacillus subtilis, сконструированный с целью продукции ПГА на сахарозе, также характеризовался очень медленным ростом. Сравнительно недавно полученный рекомбинантный штамм на основе E.Coli и K.aerogenes, исходно утилизирующих сахарозу, способен, как, оказалось, синтезировать от 45 до 70% ПГБ при росте на среде с сахарозой (цена которой на 33-50% ниже стоимости глюкозы). Штамм способен также включать в полимер до 55% валерата в присутствии в среде пропионата, однако, он также не был достаточно стабильным.

В целом, полученные результаты в области метаболической инженерии синтеза ПГА обнадеживают и позволяют надеяться на возможность конструирования эффективных трансгенных штаммов для получения биополимеров, обладающих:

) способностью к быстрому росту в высокоплотных культурах с высокой общей продуктивностью;

) синтезирующих большие количества полимеров с использованием различных углеродных субстратов, а также

) облегчить процедуру экстракции полимера из клеточной биомассы и 4) позволяющих контролировать внутриклеточную деполимеразную систему, деградирующую синтезированный полимер.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы, был проработан и изучен материал по теме генетика и биохимия микробного синтеза полигидроксиалканоатов, и сделан обзор данной темы по литературным источникам. В работе были рассмотрены физико-химические свойства ПГА, их пути синтеза, организация генов, а также ПГА - синтаза из R.eutropha.

Способность микроорганизмов синтезировать полигидроксиалканоаты (ПГА) различного состава вызывает большой интерес в связи с возможностью направленного получения полимеров с заданными свойствами. Также, способность микробных ПГА разрушаться в различных средах, представляет собой одно из наиболее привлекательных их коммерческих свойств, поэтому является предметом специальных исследований.

Полигидроксиалканоаты (ПГА) представляют семейство полиэстеров, имеющих термопластические и резиновые свойства, которые синтезируют прокариотические организмы в специфических условиях несбалансированного роста в качестве эндогенного депо энергии и углерода, используя для этого различные субстраты (сахара, органические кислоты, спирты и другое).